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引力波探测征途上 中国科学界正在尝试发出自己的声音

时间:2016年06月16日 信息来源:中国科技网-科技日报 点击: 【字体:

人类第一次直接探测到引力波的荣耀桂冠,已经被美国激光干涉仪引力波天文台(LIGO)摘取。16日凌晨LIGO公布的新发现,也打消了那些关于引力波事件会否成为“孤证”的担忧。


大洋彼岸的新消息,也给中国科学研究者带来信心。“这更确证引力波的存在。”中科院院士、中科院理论物理研究所研究员吴岳良告诉科技日报记者:“空间探测和地面探测的科学目标不一样,观测的引力波事件也不一样。LIGO的发现不会对我们的既定计划造成影响。”


吴岳良说的“既定计划”,就是中科院领衔的空间引力波探测“太极计划”。太极计划要将引力波探测星组发射升空,用激光干涉方法进行中低频波段引力波的直接探测。


地上有了战果累累的LIGO,还有意法合作的Virgo,英德合作的GEO 600……一张分布全球的引力波探测网络正在逐步织就。为什么还得那么费劲要上天呢?


这是因为,引力波来自宇宙天体的质量或能量变化,不同频率的引力波对应于宇宙演化的不同时期和不同的天体物理过程。受地面空间距离限制和地球重力梯度噪声的影响,引力波地面干涉仪只能探测10赫兹以上的高频引力波,它主要来自致密双星。


空间引力波探测,是给人类装上聆听中低频引力波的耳朵。中科院院士、中科院力学研究所研究员胡文瑞曾经打了个这样的比方:如果引力波探测是一支交响曲,那么弹奏它主乐章的地点,还应该在空间。


早在1993年,欧空局就首先提出了激光干涉空间天线(LISA)计划。而后美国NASA从该计划中退出,LISA成了现在的eLISA(evolved LISA)。太极计划是一个中欧合作项目,它将于2035年左右发射三颗卫星组成等边三角形探测星组,绕日运行;和欧空局计划2035年发射的eLISA卫星组同时巡游太空,各自独立探测,互相验证结果。


“空间引力波探测,所涉及的关键技术与地面探测有很大不同:一是保证测试质量的无拖曳运动;二是实现空间长基线的弱光干涉技术。”吴岳良介绍。


去年12月,欧空局发射了LISA计划的关键技术验证卫星LISA探路者。前几天LISA探路者号带来了好消息——太空观测引力波确实行得通。


这对中山大学主导的“天琴计划”同样也是利好。


和太极计划不同,天琴计划的引力波探测星组将绕地球轨道运行。而且,它的阶段性科学目标更为明确:探测来自某一确定双星系统的引力波。“‘十三五’期间,进行月球和深空卫星激光测距;‘十四五’期间,进行空间等效原理检验,发射下一代重力卫星;‘十六五’期间,发射卫星进行探测。” 中科院院士、中山大学校长罗俊在今年中科院院士大会的学部专题学术报告会上介绍。


天琴计划基础设施一期工程已经在珠海开建。2018年,嫦娥四号将在月球背面着陆,发射中继星进行数据传递。“我们将在中继星上搭载新一代反射器进行激光测距实验。”罗俊说。

“引力波探测的技术难度非常大,但对基础研究有重要意义;空间引力波探测有特殊的重要性,但在国际上还是空白。”罗俊指出,引力波探测工程在部分关键技术上,国内还是和欧空局的eLISA有差距,“挑战和机遇并存”。


看似拥挤的引力波探测赛场上,还有一个尚未取得成果的领域,那就是原初引力波的探测。中科院高能物理研究所研究员张新民形容它为“聆听宇宙的初啼”。原初引力波探测原理与LIGO完全不同,研究人员要在宇宙微波背景辐射中找到引力波的独特印记,这或许能帮助人们了解,在宇宙诞生伊始到底发生了什么。


张新民告诉科技日报记者,在北半球,宇宙微波背景辐射的最佳观测点之一,就是我国西藏阿里地区。阿里地区大气透射率高、水汽含量少,而且已经具备了完善的台址条件,“天时地利”。他透露,两到三年内,项目团队会在海拔5300米处放置阿里1号望远镜,实现北天区的首次观测;接着提高望远镜灵敏度,建设阿里2号望远镜,预计可能放置在海拔6000米处。“阿里1号的设计方案和天文台基建方案都在推进。”


无论是打“太极”、奏“天琴”还是登“阿里”,中国科学界正尝试在引力波探测领域,发出自己的声音。


(作者:张盖伦 高 博)
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